Грунт поверхневих шарів Землі - природний тепловий акумулятор. Головне джерело теплової енергії, що надходить у верхні шари Землі - сонячна радіація. Поверхневі шари грунту також схильні до впливу сезонних коливань температур зовнішнього повітря. Ці складові, а також властивості самого грунту впливають на температуру ґрунту. На глибині близько 3 м і більше (нижче рівня промерзання) температура грунту протягом року практично не змінюється і приблизно дорівнює середньорічній температурі зовнішнього повітря. Температура грунту на глибині 1,5-3,2 м взимку складає від +5 до + 7 ° С, а влітку від +10 до + 12 ° С. Дані по температурним режимам грунтів в різних регіонах можна знайти в спеціалізованій літературі. Експерименти показали, що в зимовий період грунтовій теплообмінник може нагрівати припливне повітря, що надходить в приміщення, на температуру більш 0 ° С, а в літній період - охолодити до + 18-20 ° С.
Грунтовій теплообмінник можна використовувати для охолодження повітря влітку і нагрівання взимку. Витягти і ефективно використовувати геотермальну енергію землі можна за допомогою систем «Гео Вентс» і «Гео Вентс Дуо».
Найпростіший спосіб використання тепла землі - Грунтовий теплообмінник (ГТО) системи «Гео Вентс»
Під землею, нижче точки промерзання грунту, укладається система повітроводів, які виконують функцію теплообмінника між землею і повітрям, що проходить по цим воздуховодам. Оскільки температура грунту на глибині 1,5 3,2 м взимку складає від +5 до +7 ° С, а влітку від +10 до +12 ° С, то повітря, який проходить по воздуховоду, нагрівається в зимовий період або охолоджується в літній період грунтом через стінку воздуховода.
При раціональному розміщенні повітропроводів можна відібрати з грунту значну кількість теплової енергії при порівняно невеликих витратах електроенергії.
Більш досконала система - Грунтовий теплообмінник системи «Гео Вентс Дуо»
Система являє собою теплообмінник «труба в трубі». По внутрішній трубі переміщається витяжне повітря, що видаляється з приміщення, по зовнішній трубі - припливне повітря з вулиці. Спірально-навивні повітроводи з нержавіючої сталі мають високу теплопровідність і дозволяють здійснити першу високоефективну стадію рекуперації.
При цьому повітря, що подається в приміщення, нагрівається / охолоджується (при необхідності) за рахунок геотермальної енергії грунту та теплообміну з витяжним повітрям через стінку внутрішньої труби. Така конструкція ГТО дозволяє скоротити довжину повітроводів, розміщених в землі, поліпшити теплові характеристики ГТО.
Діаметр і довжина воздуховода визначаються в залежності від витрати повітря і рівня капітальних і експлуатаційних витрат.
Експлуатаційні витрати таких систем дорівнюють витратам на роботу припливно-витяжних вентиляторів і витрат по періодичної заміни фільтрів.
Геотермальна вентиляція - найкраще рішення для отримання безкоштовної енергії
Застосування ГТО систем «Гео Вентс» або «Гео Вентс Дуо» дозволяє:
Комфорт в літній період
У теплу пору року грунтовій теплообмінник забезпечує охолодження припливного повітря. Зовнішнє повітря надходить через повітрозабірні пристрій в грунтовій теплообмінник, де охолоджується за рахунок грунту. Потім охолоджене повітря подається по воздуховодам в припливно-витяжну установку ВУТ, в якій на літній період замість рекуператора встановлена річна вставка. Завдяки такому рішенню, відбувається зниження температури в приміщеннях, поліпшується мікроклімат в будинку, знижуються витрати електроенергії на кондиціонування.
Робота в міжсезоння
У міжсезоння, коли різниця між температурою зовнішнього і внутрішнього повітря невелика, подачу свіжого повітря можна здійснювати через припливну грати, розташовану на стіні будинку в надземної його частини. У той період, коли різниця істотна, подачу свіжого повітря можна здійснювати через ГТО, забезпечуючи підігрів / охолодження приточного повітря.
Економія в зимовий період
У холодну пору року зовнішнє повітря надходить через повітрозабірні пристрій в ГТО, де прогрівається і потім надходить в припливно-витяжну установку ВУТ для подальшого нагріву в рекуператорі. Попередній нагрів повітря в ГТО знижує ймовірність обмерзання рекуператора припливно-витяжної установки, збільшуючи ефективне час використання рекуперації та мінімізує витрати на додатковий нагрів повітря в водяному / електричному нагрівачі.
Розрахунок ефективності вентиляції із застосуванням ГТО і рекуперації тепла
Для отримання комфортного свіжого повітря, його необхідно нагрівати в зимовий період і в міжсезоння, а в літній період охолоджувати. Нижче наведено приклад розрахунку витрат теплової енергії на підігрів припливного повітря без застосування систем утилізації тепла, а також при застосуванні геотермальних систем для помірного Європейського клімату. Витрата повітря прийнятий 300 м 3 / год.
Разом сумарно за весь рік на нагрів або охолодження свіжого повітря необхідно буде затратити:
У зимовий період середньодобова температура протягом 80 днів становить -5 ° С. Для доведення її до комфортної, необхідно нагрівати до + 20 ° С.
При відсутності системи утилізації тепла на нагрів 300 м³ / год на Δt = 25 ° С необхідно затратити:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 25/1000 = 2,550 кВт.
При використанні геотермальної системи відбувається підігрів зовнішнього повітря до + 5 ° С, при цьому повітрю передається:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 10/1000 = 1,02 кВт.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ, повітря підігрівається до + 12 ° С:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 7/1000 = 0,714 кВт.
Якщо прийняти 50% часу роботи системи вентиляції з повною продуктивністю, з урахуванням того, що припливно-витяжної агрегат працює на різних продуктивних в різний період часу, то за період 80 днів:
При відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
80 дн x 24г x 0.5 x 2,55кВт = 2 448 кВт * год.
При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає зі зменшенням витрати повітря) необхідна теплова потужність зменшиться на:
80 дн x 24г x 0.6 x 1,02кВт = 1175 кВт * год.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ необхідна теплова потужність зменшиться на:
80 дн x 24г x 0.5 x 0,714кВт = 685 кВт * год.
У міжсезоння протягом 180 днів середньодобова температура становить + 5 ° С. Для доведення її до комфортної, необхідно нагрівати до + 20 ° С. Таким чином:
При відсутності системи утилізації тепла на нагрів 300 м 3 / год на Δt = 15 ° С необхідно затратити:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 15/1000 = 1,53 кВт.
При використанні геотермальної системи відбувається підігрів зовнішнього повітря до + 10 ° С, при цьому повітрю передається:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ, повітря підігрівається до + 15 ° С:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 5/1000 = 0,51 кВт.
Якщо прийняти 50% часу роботи системи вентиляції з повною продуктивністю, з урахуванням того, що припливно-витяжної агрегат працює на різних продуктивних в різний період часу, то за період 180 днів:
При відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
180 дн x 24г x 0.5 x 1,53кВт = 3305 кВт * год.
При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає зі зменшенням витрати повітря) необхідна теплова потужність зменшиться на:
180 дн x 24г x 0.6 x 0,51кВт = тисяча триста двадцять дві кВт * год.
При подальшому використанні припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла ВУТ необхідна теплова потужність зменшиться на:
180 дн x 24г x 0.5 x 0,51кВт = 1102 кВт * год.
У літній період на протязі 60 днів середньодобова температура близько + 20 ° С, але в цей час вдень ця температура протягом приблизно 8 годинника становить + 26 ° С. Для охолодження повітря до температури + 20 ° С використовуються кондиціонери. Їх холодильна потужність повинна забезпечити охолодження на Δt = 6 ° С.
При відсутності системи утилізації тепла на охолодження 300 м³ / год на Δt = 6 ° С необхідно затратити:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 6/1000 = 0,612 кВт;
При використанні геотермальної системи повітря попередньо охолоне до +22 ° С, при цьому повітрю передається в режимі сухого охолодження:
Р (Wt) = L (m³ / h) x 0.34 x Δt (ºС) = 300 м³ / год х 0,34 х 4/1000 = 0,408 кВт.
Якщо прийняти 70% часу роботи холодильної установки на повну потужність протягом 8 годин на добу, то отримаємо:
При відсутності системи утилізації тепла буде витрачено:
60 дн x 8ч x 0.7 x 0,612кВт = 206 кВт * год.
При використанні геотермальної системи (ефективність системи зростає зі зменшенням витрати повітря) необхідна холодильна потужність зменшиться на:
60 дн x 8ч x 0.7 x 0,408кВт = 137 кВт * год.
Сумарні витрати за весь рік на нагрів або охолодження свіжого повітря:
Застосування геотермального теплообмінника системи дозволяє підвищити теплову ефективність припливно-витяжної установки системи Гео Вентс Дуо на ℇ = 2634 / (4421-2634) * 100% = 147%
Система «Гео Вентс Дуо» використовує низькопотенційне тепло землі, тобто є тепловим насосом і для характеристики ефективності системи застосовується коефіцієнт SPF - Фактор сезонної потужності (EN14511), який визначається як відношення кількості отриманої теплової енергії до кількості спожитої електричної з урахуванням сезонних змін температури повітря / грунту.
Для отримання від грунту 2634 кВт · год теплової потужності в рік вентиляційної установкою витрачається
635 кВт · електроенергії. SPF = 2634/635 = 4,14.
До складу системи «Гео Вентс» входять:
· Грунтовій теплообмінник для попереднього підігріву / охолодження зовнішнього повітря;
· Приточно-витяжна установка ВУТ з рекуператором, призначеним для передачі теплоти від повітря, що видаляється з приміщення до підігрітому повітрю, що надходить з грунтового теплообмінника;
· Повітроводи, які використовуються для транспортування повітря в приміщенні;
· Решітки і дифузори для розподілу повітря по приміщенню.
Переваги системи «Гео Вентс»:
· Попередній підігрів зовнішнього повітря в зимовий період, охолодження і осушення зовнішнього повітря в літній період, що знижує експлуатаційні витрати;
· Вентиляційна установка з рекуператором ВУТ, забезпечує передачу тепла від витяжного повітря припливному, в комплексі з застосуванням у вентиляційних установках високоефективних енергозберігаючих ЄС моторів виробництва компанії ЕВМ, дозволяє значно збільшити енергоефективність системи;
· Висока інерційність системи. При різких коливаннях температури зовнішнього повітря температура на глибині понад 1,5 м залишається постійною, як і температура припливного повітря на вході в систему повітрообміну.
Приклад розміщення системи в будівлях з підвальним поверхом
Розміщення геотермальної вентиляційної системи в будинку з підвальним поверхом припускає монтаж основних елементів системи: пристрої збору і відводу конденсату, обвідного клапана, перехідників і припливно-витяжної установки з рекуперацією тепла в підвальному приміщенні.
Принципова система монтажу системи «Гео Вентс» в будівлях з підвальним поверхом
Повітропровід грунтового теплообмінника заходить в будівлю через отвір в стіні нижче рівня грунту.
Припливно-витяжна установка ВУТ розташована в підвалі.
Приклад розміщення системи в будівлях без підвального поверху
При розміщенні елементів геотермальної вентиляційної системи в будинку без підвального поверху необхідно забезпечити наявність інспекційного колодязя, в якому розміщується спеціальний пристрій для збору і відводу конденсату, що утворюється в трубі ГТО. Припливно-витяжна установка і елементи системи розташовуються у відведеному для неї місці в приміщенні.
